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可调电压隔离栅极驱动器适用于硅和 WBG 功率器件
可调电压隔离栅极驱动器适用于硅和 WBG 功率器件
尽管 MOSFET、IGBT 和 SiC 晶体管经常用于涉及高功率和高电压的应用，但它们的栅极由低得多的电压驱动。例如，典型 MOSFET 的最大栅极电压通常在 5 到 10V 之间，而 IGBT 需要 10 到 12V，而 SiC 器件的最大栅极电压通常为 18 到 22V。除了不同的栅极输入电压范围外，所有这些器件都要求其高压和低压电路路径必须与地隔离，以防止可能对产品及其用户造成危险的不需要的杂散电流。本设计理念中介绍的通用可调电压隔离栅极驱动器 (UVIGD) 旨在满足这些要求（图 1）。
图 1该电路支持两种不同的电源电压，每种电压都有自己独立的接地。
图 1 中所示的电路支持两种不同的电源电压（12 和 24V），每个电压都有自己独立的接地。光电耦合器 (PC 187) 在驱动电路的低压和高压部分之间提供隔离。输入驱动信号由 LM324 运算放大器（在原理图的左下部分）缓冲，然后被馈送到光耦合器，该光耦合器为 L298 双全桥驱动器供电。
L298 可以使用高达 42V 的电源电压来驱动电感和电容负载，例如继电器、螺线管、直流和步进电机以及压电设备。在此设计中，该器件的宽电源电压范围使其可用作通用隔离式栅极电压驱动器，以驱动 MOSFET、IGBT 和 SiC 晶体管。
LM317 由可变电阻器 V R1 控制，为 LM298 驱动器提供可变电源电压，允许调整其输出信号幅度以满足 MOSFET、IGBT 和 SiC 晶体管的不同输入范围。为了正常工作，L298 的输入信号 (V IN1 ) 和输出信号 (V OUT1 )之间必须有 2.5V 或更大的电压差。该差分是使用串联连接的二极管 D1-D4 (1N4007) 上的压降产生的。二极管堆栈确保 V R1的电阻接近零 Ω，LM317 的输出为 5V。相反，当 V R1设置为其最大值 (2157 Ω) 时，LM317 的输出上升至 22V。
该电路的性能是使用图 2中所示的测试设置来评估的。测试使用高压开关模块（HTS 901-10-L02）作为实验负载。图 3显示了在实验过程中进行的典型测量。
图 2此测试设置用于评估电路的性能。
图 3这些轨迹显示了图 2 中电路的实验结果。
使用 20 kHz 驱动频率和 40 kV 电源电压进行测试。标记为“A”的迹线代表图 2 中的 A 点，即低压侧的输入信号 (5V)。标记为“B”的迹线显示了通用隔离式可调栅极电压驱动器的输出信号 (8V) 脉冲（在图 2 中图的“B”点测得的电压）。迹线 C 显示了高压开关输出产生的 40 kV 下降波形。